51單片機知識重點匯總一

主要性能:

與MCS-51單片機產品兼容 、8K字節在系統可編程Flash存儲器、 1000次擦寫周期、全靜態操作：0Hz～33Hz 、三級加密程序存儲器 、 32個可編程I/O口線、三個16位定時器/計數器八個中斷源、全雙工UART串行通道、 低功耗空閑和掉電模式 、掉電后中斷可喚醒 、看門狗定時器 、雙數據指針、掉電標識符 。

一、STC89C51單片機外部引腳簡介

電源及時鐘引腳：Vcc(40腳)、GND(20腳)、XTAL1(19腳)、XTAL2(18腳)。

Vcc、GND——單片機電源引腳，不同的型號單片機接入對應電壓電源，常壓為+5V，低壓為+3.3V。

XTAL1、XTAL2——外接時鐘引腳。XTAL1為片內震蕩電路的輸入端，XTAL2為片內震蕩電路的輸出端。8051的時鐘有兩種方式，一種是片內時鐘震蕩方式，需要在這兩個腳外接石英晶體和震蕩電容，震蕩電容的值一般取10p~30p;另一種是外部時鐘方式，將XTAL1接地，外部時鐘信號從XTAL2腳輸入。

編程控制引腳。如RST(復位)、PSEN(29腳)、ALE/PROG(30腳)、EA/Vpp(31腳)。

RST(9腳)——單片機復位引腳。當輸入連續兩個機器周期以上高點平時有效，用來完成單片機的復位初始化操作，復位后程序計數器PC=0000H，單片機從程序儲存器的0000H單元讀取第一條指令碼。即單片機從頭開始執行程序。

PSEN(29腳)—— 程序存儲器允許輸出控制端。讀取外部程序存儲器時PSEN低電平有效，以實現外部程序存儲器單元的讀操作(了解即可)。

ALE/PROG(30腳)—— 在單片機擴展外部RAM時，ALE用于控制把P0口的輸出低8位地址送鎖存器鎖存器來，以實現地位地址和數據的隔離。(了解即可)。

EA/Vpp(31腳)—— EA接高電平時，單片機讀取內部程序存儲器。當擴展有外部ROM時，當讀取完內部ROM后自動讀取外部ROM。EA接低電平時，單片機直接讀取外部ROM。

I/O口引腳 —— P0口、P1口、P2口、P3口。

P0口(39-32腳)——雙向8位I/O口，每個口可獨立控制，沒有上拉電阻，為高阻態，所以不能正常的輸出高低電平，因此該組IO口在使用時務必要接上拉電阻，一般選10千歐。

P1口(1-8腳)——準雙向8位IO口，每個口可獨立控制，內帶上拉電阻，這種接口輸出沒有高阻狀態，輸入也不能鎖存，故不是真正的雙向IO口。之所以稱它為準雙向，是因為該口在作為輸入使用前，要先向該口進行寫1操作，然后單片機內部才可正確地讀出外部信號，也就是要使其先有個“準”備的過程，所以說才是準雙向接口。

P2口(21-28腳)—— 準雙向8位I/O口，每個口可獨立控制，內帶上拉電阻，與P1口相似。

P3口(10-17腳)——準雙向8位IO口，每個口可獨立控制，內帶上拉電阻。作為第一功能可以當做普通I/O口，與P1口相似。P3口可做第二功能使用。參照下表：

二、電平特性

單片機的輸入輸出電平為TTL電平，其中高電平為+5V，低電平為0V。計算機串口為RS-232電平，其中高電平為-12V，低電平為+12V。注意，RS-232為負邏輯電平。

三、單片機的幾個周期介紹

(1)時鐘周期。也稱為震蕩周期，定義為時鐘頻率的倒數(可以這樣來理解，時鐘周期就是單片機外接晶振的倒數，如12MHz的晶振，它的時鐘周期就是1/12us)它是單片機中最基本的、最小的時間單位;在一個時鐘周期內，CPU僅僅完成一個最基本的動作。對于某個單片機來講，若采用了1MHz的時鐘頻率，則時鐘周期就是1us;若采用4MHz的時鐘頻率，則時鐘周期就是250us。由于時鐘脈沖是CPU的基本脈沖，它控制著CPU的工作節奏(使CPU的每一步都統一到它的步調上來)。顯然，對同一種單片機，時鐘頻率越高，單片機的工作速度就越快。但是，由于不同的單片機內部硬件電路和電氣結構不完全相同，所以其所需的時鐘頻率范圍也不一定相同。我們使用的STC89C系列的時鐘范圍約在1MHz~40MHz。

(2)狀態周期。它是時鐘周期的兩倍。

(3)機器周期。單片機的基本操作周期，在一個操作周期內，單片機完成一項基本操作，如取指令、存儲器讀/寫等。它由12個時鐘周期(6個狀態周期)組成。

(4)指令周期。它是指CPU執行一條指令所需要的時間。一般一個指令周期含有1~4個機器周期。

四、移位操作

左移。C51操作符為“<<”，最低位補零

右移。同上

循環左移，最高位移入最低位，其他依次向左移一位。

五、數碼管顯示原理

電路方面有共陰極和共陽極之分，讓數碼管顯示不同的數字就是先定義一個保存16進制數的數組，然后在程序中把這個16進制數賦值給相應的引腳。

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六、中斷概念51單片機一共有6個中斷源INT0——外部中斷0INT1——外部中斷1T0/1/2——計時器/定時器中斷，由計數器滿回零引起。T1/R1——串行口中斷，串行端完成一幀字符發送/接收后引起。

七、單片機的定時器中斷

51單片機內部共有兩個16位可編程的定時器/計數器，即定時器T0和定時器T1。它們既有定時功能又有計數功能。定時器/計數器的實質是加1計數器(16位)，由高8位和低8位兩個寄存器組成，TMOD寄存器是定時器/計數器的工作方式寄存器，確定工作方式和功能;TCON是控制寄存器，控制T0，T1的啟動和停止以及設置溢出標志。

加一計數器的輸入計數脈沖有兩個來源，一個是由系統的時鐘振蕩器輸出脈沖經12分頻后送來;另一個是T0或T1引腳輸入的外部脈沖源。如果定時器/計數器工作在定時模式，則表示時間已到;如果工作在計數模式，則表示計數值已經滿了。

定時器初始化過程如下：

①對TMOD賦值，以確定T0和T1的工作方式

②計算初值，并將初值寫入TH0、TL0或TH1、TL1中。

③中斷方式時，則對IE賦值，開放中斷。

④使TR0或TR1置位，啟動定時器/計數器定時或計數

八、并行與串行基本通信方式

1、并行通信方式：將數據字節的各位用多條數據線同時進行傳輸，每位數據都需要一條傳輸線。

2、串行通信方式：串行通信是將數據字節分成一位一位的形式在一條傳輸線上逐個的傳輸，此時只需要一條數據線

3、異步串行通信方式：指通信的接收與發送設備使用各自的時鐘控制數據的發送和接收過程。其特點是：不要求發送雙方時鐘嚴格一致，容易實現，設備開銷小，但每個字符要附加2~3位，用于起始位、校驗位、停止位，各幀之間還有間隔，因此傳輸效率不高。在單片機與單片機之間，單片機與計算機之間通信時，通常采用異步串行通信方式。

4、同步串行通信方式：同步通信時要建立發送方時鐘對接收方時鐘的直接控制，使雙方完全達到同步。

九、RS-232電平與TTL電平的轉換一般使用MAX232實現電平轉換

十、波特率與定時器初值的關系

1、波特率：單片機或計算機在串口通信時的速率用波特率表示，它定義為每秒傳輸二進制代碼的位數，即1波特 = 1位/秒，單位是bps。

2、波特率的計算：在串行通信中，收、發雙方對發送或接受數據的速率有約定。通過編程可對單片機串行口設定四種工作方式，其中方式0和方式2的波特率是固定的，而方式1和方式3的波特率是可變的，由定時器T1的溢出率來決定。

3、為什么51系列單片機常用11.0592MHz的晶振設計?常用波特率通常按規范取1200,2400,4800,9600···，若采用晶振12Mhz或6Mhz，計算得出的T1定時初值將不是一個整數，這樣通信時便會產生積累誤差。

十一、串行口結構描述

1、串行口結構：51單片機的串行口是一個可編程全雙工的通信接口，具有UART(通用異步收發器)的全部功能，能同時進行數據的發送和接收。串行口主要由兩個獨立的串行數據緩沖寄存器SBUF(一個發送緩沖寄存器，一個接收緩沖寄存器)和發送控制器、接收控制器、輸入移位寄存器以及若干控制門電路組成。執行寫指令時，訪問串行發送寄存器;執行讀指令時，訪問串行接收寄存器。與串口緊密相關的一個特殊功能寄存器是串行口控制寄存器SCON，它用來設定串行口的工作方式，接收/發送控制以及設置狀態標志位等。

2、串口方式簡介：重點介紹方式1:。方式1是十位數據的異步通信口，其中1為起始位，8為數據位，1位停止位。TXD為數據發送引腳，RXD為數據接收引腳。其傳輸的波特率是可變的，對于51單片機，波特率由定時器1的溢出率決定。通常在做單片機與單片機串口通信、單片機與計算機串口通信、計算機與計算機串口通信時，基本都選擇方式1。

3、在具體操作串行口之前，需要對單片機的一些與串口有關的特殊功能寄存器進行初始化設置，主要是設置產生波特率的定時器1、串行口控制和中斷控制。①確定T1工作方式(編程TMOD寄存器)②計算T1的初值，裝載TH1，TL1③啟動T1(編程TCON寄存器的TR1位)④確定串行口工作方式(編程SCON寄存器)⑤串行口工作在中斷方式時，要進行中斷設置(編程IE、IP寄存器)

十二、I2C總線概述

1、I2C具有接線口少，控制簡單，器件封裝形式小，通信速率高等優點。I2C總線由數據線SDA和時鐘線SCL兩條線構成通信線路，即可發送數據，也可接受數據。

2、單片機模擬I2C總線通信，因為有許多單片機沒有I2C總線接口，如51單片機，不過我們可以在單片機應用系統中通過軟件模擬I2C總線的工作時序，在使用時，只需要正確調用各個函數就能方便地擴展I2C總線接口器件。

3、單片機在模擬I2C通信時，需要寫出如下幾個關鍵部分的程序：總線的初始化、啟動信號、應答信號、停止信號、寫一個字節、讀一個字節。

十三、單片機空閑與掉電模式

1、空閑模式：除CPU處于休眠狀態之外，其余硬件全部處于活動狀態。

2、掉電模式：也成為休眠模式，外部晶振停振，CPU,定時器、串行口全部停止工作，只有外部中斷繼續工作。

十四、看門狗概念

在由單片機構成的系統中，由于單片機的工作有可能受到外界電磁場的干擾，造成程序的跑飛，從而陷入死循環，程序的正常運行被打斷，所以出于對單片機運行狀態進行實時監測的考慮，便產生了一種專門用于監測單片機程序運行狀態的芯片，俗稱看門狗。其工作過程如下：看門狗芯片和單片機的一個IO引腳相連，該IO引腳通過單片機程序控制，使他定時地往看門狗的這個引腳上送入高電平(或低電平)，這一程序語句是分散的放在單片機其他控制語句中間的，一旦單片機由于干擾造成的程序跑飛而陷入某一程序段進入死循環狀態時，給看門狗引腳送電平的程序便不能被執行到，這時看門狗電路會由于得不到單片機送來的信號，便對它與單片機復位引腳相連接的引腳送一個復位信號，使單片機復位。

十五、SPI接口1、概述

SPI = Serial Peripheral Interface，是串行外圍設備接口，是一種高速，全雙工，同步的通信總線。常規只占用四根線，節約了芯片管腳，PCB的布局省空間?，F在越來越多的芯片集成了這種通信協議，常見的有EEPROM、FLASH、AD轉換器等。

優點：

1、支持全雙工，push-pull的驅動性能相比open-drain信號完整性更好;

2、支持高速(100MHz以上);

3、協議支持字長不限于8bits，可根據應用特點靈活選擇消息字長;

4、硬件連接簡單;

缺點：

1、相比IIC多兩根線;

2、沒有尋址機制，只能靠片選選擇不同設備;

3、沒有從設備接受ACK，主設備對于發送成功與否不得而知;

4、典型應用只支持單主控;

5、相比RS232 RS485和CAN總線，SPI傳輸距離短;

2. 硬件結構

SPI總線定義兩個及以上設備間的數據通信，提供時鐘的設備為主設備Master，接收時鐘的設備為從設備Slave;

信號定義如下：

SCK : Serial Clock 串行時鐘

MOSI : Master Output, Slave Input 主發從收信號

MISO : Master Input, Slave Output 主收從發信號

SS/CS : Slave Select 片選信號